计算机导论-计算机发展史

计算机发展史1引言计算机在诞生的初期主要被用于科学计算,因此被称为“计算机”。现在的计算机处理对象远远超过了“计算”的范围，它可以对数字、文字、声音、图像等各种形式的数据进行处理。实际上，计算机是一种能够按照事先存储的程序，自动、高速地对数据进行输入、处理、输出和存储的系统。计算机系统包括硬件和软件两大部分：硬件是由电子的、磁性的、机械的器件组成的物理实体，包括运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备5个基本部分；软件则是程序和有关文档的总称，包括系统软件和应用软件两类。

计算机能快速、高效地对各种信息进行存储和处理。具有以下几个特征：⑴运算速度快⑵精确度高，可靠性好⑶具有记忆能力和逻辑运算能力⑷能自动执行命令⑸高性能的实时通信和交流能力⑹信息表达形式的直观性和使用的方便性2计算工具的发展简史计算工具的发展简史手动式计算机工具机械式计算工具机电式计算机电子计算机最初用手计算。——人有两手，10个指头，所以自然而然地习惯用手指计数并采用十进制计数法。——方便，但计算范围有限，计算结果也无法存储。用绳子、石子计算——拉丁文Calculus的本意就是用于计算的小石子。最原始的计算工具——算筹算筹的记数方法为：个位用纵式，十位用横式，百位用纵式，千位用横式……，这样从左到右，纵横相间，就可以表示任意大小的自然数了。

算盘(中国)Napier算筹（1617年，英国）可以用加法和一位数乘法代替多位数乘法，也可以用除法为一位数的除法和减法代替多位数除法，从而大大简化数值计算过程。对数计算尺——不仅能进行加、减、乘、除、乘方和开方运算，甚至可以计算三角函数和对数函数Pascal加法器（1642年，法国）是人类历史上第一台机械式计算工具。由齿轮组成、以发条为动力、通过转动齿轮实现加减运算、用连杆实现进位的计算装置。莱布尼兹四则运算器（1673年，德国）进行乘法运算时，采用移位-加的方法，后来演化为二进制，被现代计算机采用。1804年，法国机械师约瑟夫.雅各发明了可编程织布机，第一次使用了“穿孔卡片”输入方式。差分机（巴贝奇，英国，1822年）是最早采用寄存器来存储数据的计算工具，体现了早期程序设计的思想，使计算工具由手动机械跃入自动机械的新时代。分析机（巴贝奇，英国，1832年）在分析机设计中，巴贝奇采用了三个具有现代意义的装置：（1）存储装置（2）运算装置（3）控制装置巴贝奇的分析机是可编程计算机的设计蓝图,我们今天使用的每一台计算机都遵循巴贝奇的基本设计方案。赫尔曼.霍勒瑞斯借鉴了穿孔卡片的原理，用穿空卡片存储数据，采用机电技术取代纯机械装置，制造了第一台可以自动进行四则运算、累计存档、制作报表的制表机。这台制表机参与了1890年的人口普查，使预计10年的统计工作仅用了1年零7个月就完成了，是人类历史上第一次利用计算机进行大规模的数据处理。赫尔曼.霍勒瑞斯与1896年创建了制表机公司TMC公司。1911年TMC公司与另外两家公司合并，成立了CTR公司。1924年CTR公司改名为国际商业机器公司（InternatinalBusinessMachinesCorporation——IBM）。1939年，美国的依阿华州大学数学物理学教授JohnAtanasoff和他的研究生CliffordBerry一起研制了一台称之为ABC(AtanasoffBerryComputer)的电子计算机。由于经费有限，他们只研制了一个能求解包含30个未知数的线性代数方程组的样机。在JohnAtanasoff的设计方案中，第一次提出采用电子技术来提高计算机的运算速度。1943年，美国宾夕法尼亚大学物理学教授莫克利和他的研究生埃克特受军械部的委托，为弹道和射击表启动了研制ENIAC(ElectroicNumericalIntegratorandComputer)的计划，1946年宣告竣工。Decimal(notbinary)采用十进制表示/运算20accumulatorsof10digits20个10位累加器Programmedmanuallybyswitches设置开关手工编程18,000vacuumtubes真空管70,000resistors电阻10,000capacitors电容6,000switches开关30tons15,000squarefeet140KWpowerconsumption5,000additionspersecondENIAC是世界上第一台能真正运转的大型电子计算机，标志着电子计算机时代的到来。ENIAC比当时最快的计算工具快1000多倍。虽然ENIAC显示了电子元件在进行初等运算速度上的优越性，但没有最大限度地实现电子技术所提供的巨大潜能。主要缺点：存储容量小，至多能存储20个10进制数；程序是“外插型”的，为了进行几分钟的计算，接通各种开关和线路的准备工作就要用几小时。1944年8月到1945年6月，普林斯顿大学数学教授冯.诺依曼与ENIAC小组合作，提出了一个全新的EDVAC(ElectronicDiscretevariableAutomaticComputer)，离散变量自动电子计算机）。EDVAC是第一台现代意义的通用计算机。和ENIAC不同,EDVAC首次使用二进制而不是十进制。整台计算机共使用大约6000个电子管;大约12000个二极管，功率为56KW，占地面积45.5平方米，重7850KG;使用时需要三十个技术人员同时操作。它由五个基本部分组成：1）运算器CA（2）控制器CC（3）存储器M（4）输入装置I（5）输出装置O；这种体系结构一直延续至今，现在使用的计算机，其基本工作原理仍然是存储程序和程序控制，所以现在一般计算机被称为冯诺依曼结构计算机。鉴于冯诺依曼在发明电子计算机中所起到关键性作用，他被西方人誉为"计算机之父"。计算机的定义：计算机是一种能够按照事先存储的程序，自动高速地对数据进行输入、输出、处理和存储的系统。更确切地说：计算机是一种数据处理机，它能够把输入的数据进行加工处理，并输出处理结果。1642BlaisePascal加法器CharlesBabbage1822差分机

(DifferenceEngine）1833分析机

(AnalyticalEngine)MARKI(20世纪30年代)ENIAC（1946）(JohnMauchlyandJ.PresperEckert)电子计算机时代机械计算机器时代14世纪3计算机发展简史

按照计算机所用的逻辑元件（电子器件）来划分计算机的时代：⑴第一代电子计算机(1946年到1958年）：基本逻辑电路由电子管组成。⑵第二代电子计算机（1958年到1964年）：基本逻辑电路由晶体管电子元件组成。⑶第三代电子计算机（1964年到1970年）：基本逻辑电路由小规模集成电路组成。⑷第四代电子计算机（1970年以后）：采用中、大规模集成电路构成逻辑电路。从1946年到1959年这段时期我们称之为“电子管计算机时代”。第一代计算机的内部元件使用的是电子管。由于一部计算机需要几千个电子管，每个电子管都会散发大量的热量，因此，如何散热是一个令人头痛的问题。电子管的寿命最长只有3000小时，计算机运行时常常发生由于电子管被烧坏而使计算机死机的现象。第一代计算机主要用于科学研究和工程计算。ENIAC真空管的缺点：体积大；耗能高、散热量大。1.1.1计算机发展内存:磁鼓输入设备:读卡机输出设备:穿孔卡片或行式打印机外存:磁带存储器硬件特点计算机语言:机器语言汇编语言汇编程序出现了系统程序员软件特点电子元件：真空管从1959年到1964年，由于在计算机中采用了比电子管更先进的晶体管，所以我们将这段时期称为“晶体管计算机时代”。晶体管比电子管小得多，不需要暖机时间，消耗能量较少，处理更迅速、更可靠。第二代计算机的程序语言从机器语言发展到汇编语言。接着，高级语言FORTRAN语言和COBOL语言相继开发出来并被广泛使用。这时，开始使用磁盘和磁带作为辅助存储器。第二代计算机的体积和价格都下降了，使用的人也多起来了，计算机工业迅速发展。第二代计算机主要用于商业、大学教学和政府机关。晶体管(transistors)实质上是按显微比例的真空管建造的。晶体管的优点：体积小；耗能低；性能稳定;速度快电子元件：晶体管内存:磁芯外存:磁盘硬件特点计算机语言:高级语言的出现FORTRAN、COBOL、Lisp出现了系统程序员、应用程序设计员软件特点1965年到1970年，集成电路被应用到计算机中，这段时期被称为“中小规模集成电路计算机时代”。集成电路（IntegratedCircuit）是将大量的晶体管和电子线路组合在一块硅片上,这个晶片甚至比手指甲还小，称之为芯片，却包含了几千个晶体管元件。第三代计算机的特点是体积更小、价格更低、可靠性更高、计算速度更快。第三代计算机的代表是IBM公司花了50亿美元开发的IBM360系列。33IBMSystem/360Model50IBMSystem/360IBMSystem/360Model30IBMSystem/360Model67为了满足中小企业与政府机构日益增多的计算机应用，第三代计算机出现了小型计算机。1965年，DEC公司（DigitalEquipmentCorporation）推出了第一台商业化的小型计算机PDP-8。351964小型机不需要空调房间小到可以放在实验室的工作台上$16,000被原始设备制造商集成到自己系统中总线结构3637晶体管数目4004奔腾4750,000,0002,3000.18微米芯片10微米芯片电子元件：集成电路（IntergratedCircuit）内存:半导体输入/输出:终端硬件特点操作系统及系统软件的出现出现计算机用户的概念计算机软件工业的诞生软件特点半导体存储器391970，Fairchild(仙童)体积是一个磁芯的大小可存储256位非破坏性读比磁芯速度快存储容量每年翻一番从1971年到现在，被称之为“大规模集成电路计算机时代”。第四代计算机使用的元件依然是集成电路，不过，这种集成电路已经大大改善，它包含着几十万到上百万个晶体管，人们称之为大规模集成电路（LargeScalelntegratedCircuit，简称LSI）和超大规模集成电路（VeryLargeScalelntegratedCircuit，简称VLSI）。1975年，美国1BM公司推出了个人计算机PC（PersonaIComputer），从此，人们对计算机不再陌生，计算机开始深入到人类生活的各个方面。局域网的诞生DesktopMicrocomputer电子元件：大规模集成电路结构化程序设计语言Pascal、c语言出现操作系统UNIX、PC-DOS、MS-DOS、Macintosh各种应用程序包：电子制表软件Lotus1-2-3、文字处理软件WordPerfect、数据库管理系统dBaseⅣ第四代软件特点引入并行计算机体系结构硬件特点面向对象程序设计方法Sun公司的Java万维网（WorldWideWeb）的普及

Microsoft公司的崛起第五代软件第二代媒体的出现硬件特点NotebookComputerPersonalDigitalAssistantor

Plam-topComputer43GordonMoore,Intel公司创始人44晶体管数单位时间执行的指令数百万条/每秒每18个月芯片能力增长一倍。451968年，诺依斯、摩尔和格罗夫退出“仙童”，根据摩尔的建议，把新建公司取名为“英特尔”（英文缩写INTEL），寓意着“集成电子”。461971-4004Firstmicroprocessor第一个微处理器所有CPU组件在一个芯片上4bit471972:80088bit481974–8080第一个通用微处理器4970年代后期,16-bit通用处理器8086501985,32-bit,803864计算机的分类运算速度可达每秒几百亿次运算的超级计算机1975年世界上第一台超级计算机“Cray-I”超级计算机应用：天气预报、地震机理研究、石油和地质勘探，卫星图像处理等大量科学计算的高科技领域。中国超级计算机：国防科技大学研制的“银河1号”、“银河2号”和“银河3号”国家智能计算机中心推出的“曙光1000”和“曙光200I”银河ⅡCRAY-Ⅱ中国最快超级服务器：“曙光3000”运算速度为每秒3800亿次（排名80位）48小时的精确天气预报数据处理只需1小时38分钟；一个月的气候预报仅用15分钟；1000万人每人每天可以在网上点击800次网页；1000万人每人每天可以收发